综述：完美胰岛：回顾近期干细胞衍生功能性胰腺胰岛的协议发展并提出优化策略

《Stem Cell Research & Therapy》：A perfect islet: reviewing recent protocol developments and proposing strategies for stem cell derived functional pancreatic islets

这篇综述系统梳理了人类多能干细胞（hPSCs）向功能性胰腺β细胞分化的研究进展，重点探讨了转录因子（PDX1、NEUROG3、NKX6.1等）和信号通路（TGF-β、Wnt、Notch等）在胰岛发育中的调控作用，对比了2014年前后分化协议的关键突破，提出通过优化培养条件（3D vs 2D）、表观遗传调控（如MAFA表达）和免疫逃逸策略（如PD-L1工程化）来提升SC-β细胞（干细胞衍生β细胞）的葡萄糖刺激胰岛素分泌（GSIS）功能，为糖尿病细胞治疗提供新思路。

　　

胰腺发育的分子蓝图

胰腺胚胎发育始于前肠-中肠边界处背/腹芽的融合，PDX1作为"胰腺主调控因子"在CS10期启动形态发生。研究揭示NKX6.1与PTF1α的拮抗作用决定内分泌/外泌命运选择，而NEUROG3+祖细胞通过激活下游NEUROD1/PAX4级联驱动α/β细胞分化。单细胞测序发现人类胚胎胰腺存在独特的Sox9+非内分泌细胞群，其与RFX6缺陷导致的Mitchell-Riley综合征相关。

关键转录因子的交响乐

PDX1缺失会引起胰腺发育不全，而MAFB向MAFA的转换标志着β细胞功能成熟。GLIS3通过调控NKX6.1和胰岛素基因表达维持β细胞身份，其突变与新生儿糖尿病相关。有趣的是，PAX6不仅控制胰岛素分泌相关基因（PC1/3、GLUT2），还能通过抑制生长抑素表达来增强GSIS。表观遗传分析显示，NEUROD1通过调节H3K27me3修饰模式影响内分泌分化。

信号通路的时空舞蹈

TGF-β超家族成员呈现阶段依赖性作用：Activin促进内胚层定型，而BMP7可诱导外分泌细胞转分化为β细胞。Hedgehog通路抑制是胰腺特化的前提，其与FGF2形成浓度依赖的调控网络。Wnt/β-catenin在早期抑制PDX1表达，后期却通过LRP5受体增强GSIS。Notch信号通过"侧向抑制"机制维持祖细胞池，其与胰岛素/PI3K通路形成正反馈循环。

分化协议的进化史

2014年Rezania协议首次实现糖尿病逆转，采用七阶段分化：Activin A/CHIR99021诱导定形内胚层（CXCR4+），FGF7/RA促进PDX1+后前肠形成，LDN-193189（BMP抑制剂）联合TPB（PKC激活剂）获得NKX6.1+胰腺祖细胞，最后用R428（AXL抑制剂）提升MAFA表达。2016年Pagliuca协议通过γ-分泌酶抑制剂XXI阻断Notch，使内分泌分化效率提升3倍。

3D培养的技术革命

悬浮培养的胰岛样簇（SC-islets）显示核心-边缘结构，但存在10-15%多激素细胞污染。Hogrebe发现细胞骨架解聚剂latrunculin A可提升平面培养效率，而静态微孔板培养比旋转悬浮产生更多INS+细胞。最新进展显示，纤维连接蛋白替代Matrigel可实现长期扩增PDX1+/NKX6.1+祖细胞，其冷冻复苏后仍保持分化潜能。

功能验证的多维评估

动态GSIS检测显示优化后的SC-β细胞能模拟双相胰岛素分泌，但幅度仅达原代胰岛的60%。电生理检测证实Ca²⁺振荡模式与成熟β细胞相似。移植至NSG小鼠肾包膜后，工程化胰岛（过表达PD-L1）存活期超过100天，使空腹血糖稳定在6.1±0.8 mmol/L。单细胞ATAC-seq揭示SC-β细胞染色质开放区域与原代胰岛存在20%差异。

临床转化的挑战

ViaCyte公司的Encaptra设备在临床试验中遭遇血管化不足问题，而Vertex的VX-880方案需要联合免疫抑制剂。中国团队采用腹直肌鞘下移植CiPSC胰岛，1年后仍保持胰岛素独立性。新型海藻酸三唑-TMD（TTM）微胶囊可使SC-islets在免疫健全小鼠中存活6个月，其氧耗率（OCR）维持在新鲜胰岛的85%水平。

未来优化方向

近期发现mTORC1-AMPK转换是β细胞代谢成熟的关键开关，而imeglimin可通过减轻ER应激提升分化效率。MIN6细胞外泌体中的miR-466c-5p能促进hiPSC向β样细胞转分化。基因编辑方面，HLA-E保留型通用供体细胞可减少排斥反应，而TAF4缺失会导致β细胞转分化为α细胞。这些发现为构建"完美胰岛"提供了全新维度。